JPS6321340B2 - - Google Patents

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JPS6321340B2
JPS6321340B2 JP54086001A JP8600179A JPS6321340B2 JP S6321340 B2 JPS6321340 B2 JP S6321340B2 JP 54086001 A JP54086001 A JP 54086001A JP 8600179 A JP8600179 A JP 8600179A JP S6321340 B2 JPS6321340 B2 JP S6321340B2
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silicon chip
lead wire
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Motoji Nakajima
Tadashi Sakagami
Kazutoyo Narita
Noboru Kawasaki
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Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Haramachi Electronics Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧入型半導体装置に係り、特に機械
的な外部加圧に対し、シリコンチツプが破壊され
ないようにしたシリコンチツプの形状を有する圧
入型半導体装置に関する。
半導体整流装置の組立においては、シリコンチ
ツプを凹型のケースの底板にろう付けなどで固着
し、チツプ表面に対しては、適当な形状のリード
線をろう付けし、更にケースの蓋としてガラスシ
ールなどを溶接し封止している。又、本発明の対
象である圧入型半導体整流装置の主な用途は、自
動車の三相交流発電機の出力側に取付けられ、直
流電力をバツテリ或いは、その他の電子機器部品
の直流電源として供給することである。
最近の自動車は、ますます電子機器部品の使用
度が多くなり、三相交流発電機の所要出力電流が
増大してきている。これに応じて、半導体整流装
置は、シリコンチツプの電流密度を許容値以下に
保持するように、チツプの形状寸法を増大しなけ
ればならない。このため、従来の低電流出力の三
相交流発電機に対しては、丸形のシリコンチツプ
を使用していたが、最近では略正方形のチツプを
使用せざるを得なくなつた。ここで、略正方形と
云うのは、製作精度上、縦横の長さが異なるよう
な場合があるためである。
第１図は、略正方形のシリコンチツプを使用し
た圧入型半導体整流装置１４を放熱板７に圧入し
た状態を示す概略平面図、第２図は、そのＡ―Ａ
線拡大断面図で、略正方形シリコンチツプ１は、
その裏面において、従来から一般に使用されてい
るローレツト付凹型ケース２の底板フラツト部１
１に、半田等のろう材３Ａを介してろう付けされ
る。
シリコンチツプ１の表面には、リード線４がろ
う材３Ｂによりろう付けされる。更に、表面安定
剤としてシリコンゴム５が注入され、ベースリン
グ９および突起付リング１０を介してガラスシー
ル６で溶接、封止された構造となつている。８は
ケース底板フラツト部１１の周縁部に形成された
逃げ溝、７Ａはケース２を圧入するように放熱板
７に形成された穴、１２はリード線４のシールパ
イプ部である。
これを自動車の三相交流発電機用として用いる
場合には、導電および熱伝導の目的によりケース
２を金属製放熱板７の穴７Ａに圧入しなければな
らないが、この時に放熱板の穴径と半導体装置の
ケース２の外径の差（締め代）による外部加圧に
より、ケース底板フラツト部１１が変形し、これ
に伴つてケース２とチツプ１間のろう材３Ａが変
形する。これにより、上記略正方形シリコンチツ
プ１のコーナー部にせん断応力が集中してチツピ
ングが生ずることがある。
本発明は、上記した従来の欠点を除去するため
なされたもので、その目的とするところは、半導
体整流装置の放熱板に圧入した際に、外部からの
加圧によつても、シリコンチツプのコーナー部が
破壊されないように工夫したシリコンチツプの形
状を有する半導体装置を提供することにある。
本発明は、略正方形チツプの寸法に応じて、チ
ツプコーナー部の角取り（Ｒ付けおよび面取り）
寸法を変化させ、最適な角取りを行うことによ
り、チツプのコーナー部における破壊を防止する
ものである。尚、本発明ではケース中の底部の設
けてある逃げ溝の寸法形状は一定とする（逃げ溝
深さは１mm）。
第２図に示したような本圧入型の半導体整流装
置を、放熱板へ圧入した場合のケース内の底部の
変形および、略正方形シリコンチツプに加わるせ
ん断応力の計算モデルを第３図で説明する。
内径r2のアルミニウム放熱板７の穴７Ａに、外
径r1の半導体装置用ケース２を機械的に圧入した
場合、放熱板７はほとんど変形せず、ケース２が
外部から加圧されてほぼ（r1−r2）に等しいΔrの
圧縮変形を生ずる。その結果、ケース底板フラツ
ト部１１にΔZのたわみを生じ、第４図に示した
ような応力Ｆがシリコンチツプ１の各コーナー部
１３に集中する。
第５図にシリコンチツプ１に加わるせん断応力
分布の実測値を示す。この図は、ケース内底部の
逃げ溝８の深さを一定値（１mm）とし、ケース底
板フラツト部１１に、一辺が3.75mm（対角線の長
さは2.65mm×２）の正方形シリコンチツプを固着
したものを外径12.78mmのケースに収納し、アル
ミ放熱板７に穿設した径12.68mmの孔７Ａに圧入
した場合の例であり、横軸はシリコンチツプの中
心から距離（mm）をあらわし、縦軸はせん断応力
（Kg／mm2）をあらわす。この図からも判るように、
チツプコーナー部１３の微少面積で最大のせん断
応力をささえている。
第６図は本発明の一実施例の平面図、第７図は
その―線断面図である。図から明らかなよう
に、シリコンチツプ１の４隅を面取り（Ｒ付け）
した点に本発明の特徴がある。
第８図は、第７図に示したケース底板フラツト
部の厚みT1とT2が変ると、シリコンチツプ１に
加わるせん断応力が変るので、T1，T2のそれぞ
れを変えずに略正方形のチツプ寸法（正方形の一
辺の長さ）ａmmをパラメーターとした時の、角取
り（Ｒ付け）寸法とシリコンチツプに加わる最大
せん断応力との関係を示すグラフである。これか
ら明らかなように、シリコンチツプ１のコーナー
部１３の角取り（Ｒ付け）寸法を大きくすること
により、チツプに加わるせん断応力は減少でき
る。
第９図は、シリコンチツプの隅部に単純平面に
よる角取りを行つたときの、第８図と同様のグラ
フである。第８図との比較から明らかなように、
単純平面の角取りによつても同様な効果を達成す
ることができる。
ここで一般的にシリコンの外部加圧による破壊
強度は約30Kg／mm2であるから、3.75mm角の場合に
必要なＲ付け寸法は第８図よりＲを0.2mm以上と
すればよく、又、単純面取りをする場合には第９
図よりＣを0.13mm以上とすれば良いことが判る。
なお、従来のシリコンチツプ１は角取りされてい
ないため、シリコンの破壊強度以上の応力を生ず
ることが判る。
第１０図の直線LRは、ほゞ正方形のシリコン
チツプの寸法ａを変えた場合に、最大せん断応力
がその破壊強度を超えないようにするに必要なＲ
付け寸法Ｒの最小値を示すものである。なお、シ
リコンの外部加圧による破壊強度は、前述のよう
に約30Kg／mm2であるが、実際には±10Kg／mm2程度
のばらつきがみられるので、この図では20Kg／mm2
を許容最大応力としている。直線LRより上の領
域が許容領域である。これから、Ｒ付けの寸法は
正方形シリコンチツプの寸法ａの0.125倍以上で
なければならないことがわかる。
また第１１図の直線LCは、単純平面で面取り
をする場合の第１０図と同様の図であり、これか
ら面取りの寸法Ｃは正方形シリコンチツプの寸法
ａの0.09倍以上でなければならないことがわか
る。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば圧入時、シリコンチツプコーナー部に加わるせ
ん断応力をシリコン破壊強度以下に抑えることが
でき、チップコーナー部破壊による半導体整流装
置の逆方向耐圧劣化をまねく機能喪失を防止でき
る。
本発明は実施例中に示した半導体整流装置に限
らずトランジスタやサイリスタなどのダイオード
以外の圧入型半導体装置にも適用できることは明
らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は半導体装置を放熱板に圧入した状態を
示す平面図、第２図はそのＡ―Ａ線拡大断面図、
第３図は半導体装置を放熱板へ圧入した時の歪み
計算モデルの図、第４図はケース底板フラツト部
のたわみによるシリコンチツプの変形例を示す斜
視図、第５図はシリコンチツプの中心からの距離
とそこに加わるせん断応力との関係を示すグラ
フ、第６図は本発明の一実施例の平面図、第７図
はその断面図、第８図はＲ付けをした場合のＲの
大きさとシリコンチツプに加わる最大せん断応力
の関係を示すグラフ、第９図は面取りをした場合
のＣの大きさとシリコンチツプに加わる最大せん
断応力の関係を示すグラフ、第１０，１１図は最
大せん断応力をシリコンの破壊強度以内に抑える
ための正方形シリコンチツプの寸法とＲ付けおよ
び面取り寸法との関係を示す図である。 １…シリコンチツプ、２…ケース、７…放熱
板、８…ケース逃げ溝、１１…ケース底板フラツ
ト部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 凹ケースと、該ケースの開口端を気密に封止
    して該ケースと共に容器部を形成する蓋と、凹型
    ケース内の底部に固着されたシリコンチツプと、
    一端がシリコンチツプに固着し他端が蓋を貫通し
    て容器部外に引き出されたリード線とを有し、凹
    型ケースの外周には放熱板の穴に圧入固着するた
    めのローレツトが形成されてなるものにおいて、
    凹型ケース内の底面周縁に環状の逃げ溝が形成さ
    れ、底面の逃げ溝で包囲された部分上にシリコン
    ペレツトが固着され、該ペレツトはコーナー部が
    圧入時に生じるせん断応力に耐えるに十分な程度
    に角取りされた略正方形を有していることを特徴
    とする圧入型半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、角取り手段
    としてＲ付けする場合のＲ付け寸法と略正方形シ
    リコンチツプの一辺の長さａの比Ｒ／ａが0.125
    以上であることを特徴とする圧入型半導体装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、角取り手段
    として単純平面で面取りする場合の面取り寸法Ｃ
    と略正方形シリコンチツプの一辺の長さａの比
    Ｃ／ａが0.09以上であることを特徴とする圧入型
    半導体装置。
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